Tutkijat, jotka tutkivat Marsin kuiden kiertoratoja, ovat löytäneet todisteita siitä, että Punaisella planeetalla on joskus saattanut olla renkaat – ja että se saattaa jonain päivänä saada niitä taas.
Tällä hetkellä Marsilla ei ole renkaita ja sillä on kaksi pientä kuuta: Deimos (halkaisijaltaan 12 kilometriä) ja Phobos (22 kilometriä).
Deimos sijaitsee kauempana, ja sen kiertorata kestää hieman yli Marsin päivän. Phobos sijaitsee lähempänä ja kiertää kerran 7,5 tunnissa.
Mutta näin ei ole aina ollut, sanoo Matija Ćuk SETI-instituutista Kaliforniasta. Suuren osan sen historiasta Marsilla olisi myös ollut näkyvät renkaat… sekä peräkkäisiä proto-Phobos-kuita, jotka muodostuivat ja tuhoutuivat syklissä, joka lopulta tuotti tuntemamme Phoboksen.
Tämän hypoteesin esittivät vuonna 2017 David Minton Purduen yliopistosta ja hänen jatko-opiskelijansa Andrew Hesselbrock.
Tämän teorian mukaan, Ćuk sanoo, alkuperäinen proto-Phobos, Deimos ja ensimmäinen rengas olisivat kaikki muodostuneet lapsena syntynyttä Marsia kiertävästä materiaalista miljardeja vuosia sitten.
Mutta tilanne ei olisi ollut vakaa, sillä renkaan materiaalin aiheuttamat gravitaatiovaikutukset olisivat muuttaneet proto-Phoboksen kiertorataa, jolloin se olisi siirtynyt ulospäin.
Samaan aikaan renkaan materiaali olisi siirtynyt sisäänpäin ja satanut tasaisesti Marsin päälle. (Deimos, joka sijaitsi kauempana, ei olisi vaikuttanut samalla tavalla.)
Kun rengasmateriaali olisi loppunut, prosessi olisi Ćukin mukaan kääntynyt päinvastaiseksi, ja Marsin painovoimavaikutus olisi saanut proto-Phoboksen siirtymään takaisin sisäänpäin.
Lopulta se olisi päässyt niin lähelle, että Marsin painovoima olisi repinyt sen kappaleiksi ja luonut uuden renkaan, josta noin 20 prosenttia olisi sulautunut uudeksi proto-Phobokseksi.
Tämä proto-Phobos alkaisi sitten vaeltaa takaisin ulospäin, kun taas uudesta renkaasta peräisin oleva materiaali alkaisi taas sataa Marsiin.
Viimein toinen rengas hajoaisi ja uusi proto-Phobos kääntäisi jälleen kurssinsa ja siirtyisi takaisin sisäänpäin – sykli, joka olisi saattanut toistua kuusi tai seitsemän kertaa.
”massaa on yhä vähemmän ja vähemmän”, Ćuk sanoo. sinulla on renkaita, jotka kestävät yhä pidempään ja pidempään.”
Se on toistaiseksi vain teoriaa. Ćukin älynväläys oli oivaltaa, että se saattaisi liittyä vanhaan mysteeriin kuiden kiertoradoista.
Vuosikymmeniä sitten tiedemiehet luulivat, että Phobos ja Deimos olivat kaapattuja asteroideja – mikä oli järkevää, kun otetaan huomioon niiden pieni koko ja Marsin läheisyys asteroidivyöhykkeeseen.
Sitten tajuttiin, että koska niiden kiertoradat ovat lähes samassa tasossa Marsin päiväntasaajan kanssa, tämä oli hyvin epätodennäköistä, ja niiden oli täytynyt muodostua Marsin kiertoradalla.
Tässä oli vain yksi ongelma. Deimoksen rata on itse asiassa kallistunut noin kaksi astetta poispäin tuosta tasosta.
Se on sen verran pieni asia, että moniin vuosiin kukaan ei ajatellut sitä juurikaan. Mutta se ei ole sama asia kuin tietää miksi.
Kävi ilmi, että muinaisen proto-Phoboksen siirtyminen ulospäin noin 2,5 miljardia vuotta sitten voisi selittää asian, kunhan tuo proto-Phobos siirtyi tarpeeksi kauas, jotta sen kiertorata olisi saavuttanut ”3:1 resonanssin” Deimoksen kanssa.
”Silloin kuun kiertoaika on kolmannes Deimoksen kiertoaikajakson pituudesta”, Ćuk sanoo.
Tällainen kiertoratojen synkronointi voi hänen mukaansa synnyttää voimakkaita vuorovaikutuksia kuiden välille – erityisesti silloin, kun sisempi kuu liikkuu ulospäin ja työntää ulompaa kuuta juuri oikealla tavalla kallistamaan sen kiertorataa Deimoksen kohdalla nykyisin näkemällämme tavalla.
Mutta näin voi tapahtua vain, jos sisempi kuu liikkuu ulospäin resonanssin kautta, ” ainoa uskottava syy ulospäin suuntautuvaan siirtymiseen on vuorovaikutus renkaan kanssa”, hän sanoo.
Ćukin laskelmat osoittavat myös, että ulospäin siirtyvän kuun olisi pitänyt olla noin 20 kertaa massiivisempi (2.7 kertaa suurempi halkaisijaltaan) kuin nykyinen Phobos – mikä tarkoittaa, että se ei ollut Phoboksen välitön edeltäjä (joka oli luultavasti vain noin viisi kertaa massiivisempi), vaan pikemminkin sen ”isovanhempi”.
Sitä ennen on saattanut olla iso-isovanhempi ja mahdollisesti jopa iso-iso-iso-iso-isovanhempi, jonka alkuperäinen proto-Phobos on saattanut olla satakertainen tai jopa yli 100 kertaa massiivisempi kuin nykyinen Phobos – ja jokaiseen on liittynyt aina vain isommat renkaat.
Mitä kaikelle tälle rengasmateriaalille olisi tapahtunut, kun se olisi pudonnut Marsiin, on epäselvää.
Minttonin mukaan sitä olisi ollut sen verran, että ensimmäisen tällaisen renkaan romahtaminen olisi voinut synnyttää jopa parin kilometrin korkuisen harjanteen, joka olisi kulkenut Marsin päiväntasaajan ympäri.
Mutta jos näin olisi käynytkin, kukaan ei ole hänen mukaansa vielä löytänyt siitä jälkiä. Ehkä siitä on jo niin kauan, että Mars oli riittävän kostea ja geologisesti aktiivisempi, että kaikki jäljet ovat rapautuneet pois. Tai ehkä rengashiukkaset hajosivat Marsin ilmakehässä ja hajaantuivat pölyn tavoin kaikkialle planeetalle.
Välillä Phobos vetäytyy nyt takaisin kohti Marsia niin nopeasti, että NASA arvioi sen todennäköisesti hajoavan seuraavien 50 miljoonan vuoden aikana.
Tällöin Marsilla on jälleen renkaat, joista vielä pienempi jäännös Phobos saattaa muodostua uudelleen, kuin feeniksinpoikanen, joka nousee jälleen kerran edeltäjänsä raunioista.
Ćuk esitelmöi tällä viikolla amerikkalaisen tähtitieteellisen seuran virtuaalisessa 236. kokouksessa ja on pääkirjoittaja artikkelissa, joka on hyväksytty The Astrophysical Journal Letters -lehteen. Se on tällä hetkellä saatavilla preprint-palvelimella arXiv.